江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

月球|SpaceX vs NASA：谁将抢先一步送人类登上月球？

nasa月球spacex火箭_军事武器星舰

月球|SpaceX vs NASA：谁将抢先一步送人类登上月球？
文章插图

NASA的太空发射系统 。
图片来源：NASA
自1972年以来 ， 再也没有人类踏足过月球 。 但是 ， 随着商业载人航天飞行的出现 ， 重返月球的热情被再度点燃 ， 一轮新的太空竞赛也悄然上演 。 美国航空航天局（NASA）已经作出了选择 ， 即与私人航天公司SpaceX合作开展相应的商业航天飞行业务；而与此同时 ， SpaceX也在谋划自己的太空探索议程 。
为了让月球和更远的星际航探成为可能 ， NASA和SpaceX都在研发新型重型运载火箭：SpaceX的星舰（Starship）和NASA的太空发射系统（Space Launch System ， SLS） 。
这两者有何不同 ， 哪一个更强大？
【月球|SpaceX vs NASA：谁将抢先一步送人类登上月球？】星舰
发射升空后 ， 火箭要经历多个阶段才能最终进入轨道 。 在飞行中脱落掉燃料耗尽的助推器 ， 火箭就能变得更轻 ， 更容易加速 。 一旦投入使用 ， SpaceX的发射系统将包含两个火箭级：一是被称为超级重型火箭（Super Heavy rocket）的运载火箭 ， 二是星舰 。
超级重型火箭由猛禽（Raptor）火箭发动机提供动力 ， 燃料则是液态甲烷和液态氧混合物 。 液体燃料火箭发动机的基本原理是将两种推进剂（一种燃料 ， 比如煤油；一种氧化剂 ， 比如液态氧）在燃烧室中聚集在一起点燃 。 火焰会在高压下产生高温气体 ， 并通过发动机的喷嘴高速排出以产生推力 。
在发射时 ， 火箭将提供1500万磅（约合6700牛顿）的推力 ， 大约是阿波罗时代火箭推力的两倍 。 星舰位于发射器的顶部 ， 由另外6架猛禽发动机提供动力 ， 并配备了一个用于容纳多颗卫星的大型任务舱、最多可容纳100名机组人员的多个舱室 ， 甚至还有供在太空中加油的油箱 ， 这对于长时间的行星际人类航天至关重要 。
月球|SpaceX vs NASA：谁将抢先一步送人类登上月球？
文章插图

超级重型火箭与星舰分离的艺术构想图 。
图片来源：wikipedia, CC BY-SA
星舰的设计目的是既能在太空的真空环境中航行 ， 也能在地球和火星大气中穿梭 ， 利用可移动的小型机翼滑行至较为理想的着陆区域 。
一旦飞到了着陆区上空 ， 星舰便会翻转到垂直姿势 ， 使用搭载的猛禽火箭发动机进行动力下降和着陆 。 它将有足够的推力将自己抬离火星或月球表面 ， 克服这些星球相对较弱的引力作用并返回地球 ， 再次进行动力支持的软着陆 。 星舰和超级重型火箭都是完全可重复使用的 ， 整个系统的设计目标就是将100吨以上的有效载荷运送到月球或火星表面 。
星舰正在迅速成熟 ， 原型机SN10昨天的试飞成功地展示了完成这项工作所须的许多技术 ， 虽说最终原地爆炸了 ， 但新的试飞仍将继续 。
NASA的太空发射系统
NASA的太空发射系统将从停产的土星5号运载火箭（Saturn V）手中接过桂冠 ， 成为NASA有史以来投入使用的最强大的火箭 。 在目前的设计方案（SLS block 1）下 ， 太空发射系统高约100米 。
太空发射系统的核心级包含超过330万升的液态氢和液态氧（相当于1.5个奥运会规模游泳池的容量） ， 由4台RS-25发动机提供动力 ， 其中3台曾用于之前的航天飞机（Space Shuttle）之中 。 它们与猛禽火箭发动机的主要区别在于：它们的燃料是液态氢而不是甲烷 。
月球|SpaceX vs NASA：谁将抢先一步送人类登上月球？
文章插图

太空发射系统的不同级 。
图片来源：NASA
太空发射系统火箭的核心级由固定在两侧的两个固体火箭助推器提供动力 ， 发射时可提供的总推力高达820万磅（约3600万牛顿） ， 比土星5号运载火箭发射时的推力要高出5％ 。 这将让飞船升至近地轨道 。 上层火箭级的目的是将附着的有效载荷（宇航员舱）升离地球轨道 ， 它是一个较小的液体燃料级 ， 由单个RL-10发动机（阿特拉斯号运载火箭[ATLAS]和德尔塔运载火箭[DELTA]曾使用过）提供动力 ， 比RS-25更小更轻 。
作为阿尔忒弥斯1号（Artemis-1）任务的一部分 ， 太空发射系统会将猎户座（Orion）飞船的乘员舱送往月球 ， 这一乘员舱最多可支持6名机组人员生活21天 ， 而目前来说 ， NASA还没有能执行阿尔忒弥斯1号任务的火箭 。
它须要拥有较大的丙烯酸窗 ， 让宇航员可以从内部观察他们的旅程 。 它还将拥有自己的发动机和燃料供应 ， 以及用于返回地球的辅助推进系统 。 未来的空间站 ， 例如月球门户（Lunar Gateway） ， 将充当后勤枢纽 ， 其中的一项功能可能就包括添加燃料 。
太空发射系统火箭的核心级和助推火箭不太可能重复使用（它们不会着陆 ， 而是会坠落在海洋中） ， 因此太空发射系统火箭的材料和环境成本都较高 。 设计方案中 ， NASA预期它能发展成更大的火箭级 ， 大到足以运载120吨重的机组人员或货物 ， 这可能比星舰的载量更大 。
月球|SpaceX vs NASA：谁将抢先一步送人类登上月球？
文章插图

图片最右NASA的太空发射系统和SpaceX的星舰都可以送人类登上月球 ， 甚至更远的宇宙空间 。
图片来源：伊恩·惠特克（Ian Whittaker）/ NASA / SpaceX ， 由作者提供
太空发射系统火箭中使用的许多技术都被称作“遗留设备”（legacy equipment） ， 因为它是根据以前的任务改进得来的 ， 这大大削减了研发的时间 。 但是在1月初 ， 由于组件发生故障 ， 在本该持续8分钟的点火测试中 ， 太空发射系统核心级熄火超过了1分钟 。 测试过程中火箭没有发生重大损坏 ， 太空发射系统项目负责人约翰·霍尼卡特（John Honeycutt）表示：“我认为我们不会再进行重大的设计变更 。 ”
而获胜者则是……
那么 ， 哪个航天器更可能首先将人类宇航员带去月球呢？阿尔忒弥斯2号（Artemis 2）任务将作为首次使用太空发射系统火箭进行月球飞越的载人飞行任务 ， 预计于2023年8月发射 。 SpaceX还没有设定载人任务发射的具体日期 ， 但它正在运作“亲爱的月球”（#dearMoon） ， 一个涉及月球太空旅行的项目 ， 计划于2023年进行 。 马斯克还表示 ， 他们的载人火星任务最早将于2024年发射 ， 同样也会使用星舰 。
归根结底 ， 这是一项不凡的竞争：一边是经历并积累了多年测试和经验 ， 但受限于纳税人预算波动和管理政策变动的机构；另一边是相对而言航天竞赛中的新手公司 ， 而这个新手在过去的11年间已累计发射了111次猎鹰9号（Falcon 9）火箭 ， 成功率高达98％ ， 还拥有相对稳定的长期现金流量 。
无论谁先抵达月球 ， 它都将开创一个太空探索的新时代 ， 而月球世界仍然具有很大的科学价值 。
本文作者：
加雷斯·多里安（Gareth Dorrian） ， 伯明翰大学（University of Birmingham）空间科学博士后研究员
伊恩·惠特克（Ian Whittaker） ， 诺丁汉特伦特大学（Nottingham Trent University）物理学高级讲师
https://theconversation.com/spacex-vs-nasa-who-will-get-us-to-the-moon-first-heres-how-their-latest-rockets-compare-154199


    推荐阅读


    上一篇：炖猪蹄再也不用高压锅，农村大妈教你一招，猪蹄快速软烂入味

    下一篇：做柿饼的柿子要洗吗